La polarizzazione circolare si forma quando due componenti elettriche ortogonali, trasverse alla direzione osservata, hanno uguale ampiezza e differenza di fase ±90°. Nell’elica in modo assiale, la radiazione delle correnti distribuite lungo il filo può produrre queste condizioni. Non implica necessariamente due bracci ortogonali alimentati separatamente.
Elica tridimensionale e spirale piana
La parola spirale viene talvolta usata per un’elica tridimensionale e per una struttura piana. Forma e alimentazione differiscono. Qui il riferimento principale è l’elica che irradia prevalentemente lungo il proprio asse.
Una piccola elica in modo normale non possiede automaticamente lo stesso fascio assiale e la stessa polarizzazione circolare. Avvolgere un filo non determina da solo diagramma e polarizzazione.
Come si sommano le radiazioni lungo l’asse
La corrente ha una fase che varia lungo il filo; si aggiunge la fase di propagazione da ogni punto all’osservatore. Con una geometria appropriata, i contributi vicino all’asse possono fornire componenti ortogonali simili in ampiezza e in quadratura.
Nel progetto classico in modo assiale, la circonferenza di una spira è dell’ordine della lunghezza d’onda libera. Diametro, passo, numero di spire, conduttore, alimentazione e riflettore vanno però progettati insieme.
A 1,5 GHz, la lunghezza d’onda libera è circa 200 mm. Assumendo circonferenza pari a λ, il diametro è circa 64 mm. È un riferimento iniziale, non un progetto finito o una garanzia di banda.
Tre–cinque spire arbitrarie non garantiscono polarizzazione costante da 1 a 10 GHz. Neppure una condizione generica di fase pari a 90° per un intero definisce l’intera struttura.
Interpretare il rapporto assiale
Indicando con Emax ed Emin le ampiezze degli assi maggiore e minore dell’ellisse, AR = Emax/Emin e ARdB = 20 log10 AR. La circolare ideale ha 0 dB.
3 dB è un limite usato in alcune specifiche, corrispondente a un rapporto di ampiezza circa 1,413. Non è circolarità perfetta. Confronta alla stessa frequenza e allo stesso angolo.
Un valore buono sull’asse non garantisce lo stesso rapporto nell’intero fascio. Squilibrio d’ampiezza e scostamento dalla quadratura possono produrre polarizzazione ellittica.
Verso destro e sinistro
Il senso di avvolgimento è collegato alla polarizzazione del modo assiale, ma per RHCP e LHCP occorre allineare la convenzione di osservazione. Guardando da lati opposti, l’apparenza della rotazione cambia.
Ruotare il corpo di 90° attorno al suo asse non converte semplicemente RHCP in LHCP. Occorre modificare le condizioni strutturali o di eccitazione appropriate e verificare il campo.
Misura e limiti
Il solo VNA alla porta d’ingresso non misura il rapporto assiale. Servono componenti complesse ortogonali del campo o un metodo con antenne di riferimento correttamente calibrate.
Massimo e minimo ricevuti con una sonda lineare rotante possono stimare il rapporto assiale nelle condizioni adatte, ma quei due valori da soli non determinano il verso di rotazione. Verifica riflessioni, posizione e purezza di polarizzazione della sonda.
Inclinare sempre una tromba a 57° per una presunta prova di Brewster non è una procedura universale per dimostrare polarizzazione circolare di un’elica.
Supporto e tolleranze
Permittività, perdite ed espansione termica del supporto influenzano lunghezze elettriche e geometria. Il nome poliammide non determina un valore per ogni frequenza e temperatura: servono grado e condizioni.
Tolleranze e prove termiche derivano dalla sensibilità del progetto. Uno stesso diametro del filo o un supporto Invar non sono obbligatori in tutte le antenne. Dopo un cambio di materiale ricontrolla rapporto assiale e diagramma oltre all’adattamento.
Applicazioni satellitari
Definisci banda, verso, intervallo angolare, guadagno e ambiente. Esistono altre antenne circolari, fra cui patch: non attribuire senza evidenza una quota fissa di tutte le antenne GPS alle eliche.
Consulta l’elica in modo assiale e le definizioni di polarizzazione. La qualità si valuta con condizioni di progetto e misura esplicite.
